广东省长大公路工程有限公司
摘要：近年来，随着我国桥梁技术不断发展，桥梁桩基采用旋挖钻机钻孔施工具有很强的适应性、较高的成孔率、较快的成孔速度、稳定的施工质量以及良好的环境效益，在有效提高施工效率的同时更是为施工质量提供了保证，本文介绍了广州市洛溪大桥拓宽工程桩基施工为例，通过采用徐工XRS1050旋挖钻机施工，找到控制旋挖钻孔桩施工过程中质量控制方法，保证了桩基施工整体安全性和工程质量。
关键词：旋挖机施工；钻孔灌注桩；施工质量；控制方法
一、工程概况：
洛溪大桥是广州市政工程的一座特大型桥梁，也是广州市重点工程之一，路线起点位于三滘立交以南约200米处，起点桩号K0+200，路线向南跨越港沥滘水道，路线终点位于洛溪大桥收费站北侧约70m处，终点桩号为K2+280。本项目路线全长2080m，其中洛溪大桥长度为1916m。新建桥梁中线位于既有洛溪大桥两侧23m处，新建主桥采用斜拉桥结构，主桥采用（30+95+305+110+30）m双塔双索面叠合梁斜拉桥结构，主塔采用变异钻石型桥塔，由上、中、下三段塔柱、横梁、塔座以及索塔附属结构设施组成。主桥3#塔柱高125.3m，主桥4#塔柱高119.0m，主桥3#、4#主墩承台采用八边形承台，承台横桥向宽 19.4m，顺桥向宽 17.4m，厚 4.5m。承台下采用22 根变截面钻孔灌注桩，按梅花型布置，桩顶标高按伸入承台底面标高15㎝进行控制，桩上段直径为 210cm（为钢护筒外径），长18.5m，下段直径为 180cm，桩基孔深约50米，按嵌岩桩设计，桩底要求嵌入完整微风化泥质粉砂岩不小于 4 倍桩直径，且桩身进入中风化泥质粉砂岩不小于 20m，单桩承载力 P>24000KN。全桥桩基础为钻孔灌注桩，主桥共88根桩基，桩基采用C35水下混凝土，每根桩基约150m3混凝土。由于主桥桩基桩径大、孔深、而且属广州市政工程，受施工环境、场地影响，为满足广州市洛溪大桥拓宽工程主桥桩基施工要求，采用徐工XRS1050旋挖钻机施工，主要有如下几项质量控制措施：
二、泥浆制备过程控制
旋挖钻孔灌注桩是一项隐蔽性地 下连续作业一次性完成的施工技术，特别是在旋挖孔期间，在复杂地层地段施工中，为了确保施工质量，要向孔内不断添加在钻孔开工前制作的泥浆来确保使孔壁不发生坍塌。
泥浆的质最控制是旋挖钻机成孔的关键因素，而钻机钻进过程不能造浆，也不能进行泥浆的循环，开孔前需制备足够的高性能泥浆，以确保孔壁的安全；为保证泥浆的性能指标，本工程将利用搅拌筒制备泥浆，泥浆船或泥浆箱内集中储存，灌注过程进行回收后集中净化处理，重复使用，以降低施工成本，保证现场文明施工。
根据实际情况，开钻前先分析施工区域的水质和土质，选用膨润土和其他外加剂按比例配置性能稳定、沉淀少、护壁效果好、成孔质量高的优质泥浆。
2.1泥浆制备
洛溪大桥主桥桩基采用膨润土、纯碱配制优质泥浆，过程中检测泥浆指标是否符合要求，随时进行调整；为了增加泥浆的粘度，减少其失水率，在配置泥浆时可加入适量的CMC和两性离子聚合物。制备时先将泥浆船或泥浆箱清理干净，在搅拌筒内加入一定配比的膨润土和纯碱经加水进行搅拌（一般采用60kg膨润土+1m3淡水+1kg纯碱）形成，过程中检测泥浆指标是否符合要求，随时进行调整。若配置泥浆粘度随着纯碱加入失水率增大，说明纯碱加入量过大；尽量选用同样类型的粘士，部分粘土还需加入少量的烧碱以将泥浆中的氢质土转换为钠质土。泥浆指标参数按下表进行控制。泥浆性能见下表：
三、旋挖钻成孔质量控制
旋挖钻机施工原理是利用可以伸缩的旋式钻杆在钴具重量、油缸压力及动力头扭矩的共同作用下，将地下土、岩屑装人钻头（筒），再用卷扬机提升取士（岩）成孔。钻机自动定位，垂直旋孔，具有装机功率大、机动灵话、施工效率高等特点，配合不同钻具，可适用于不同孔径及地质条件的成孔作业。
旋挖成孔首先是通过底部带有活门的筒式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土、卸土，直至钻至设计深度。
3.1桩位放样
在进行场地整平后，由专业测量放样人员将所有桩位放出，钉好十字保护桩，做好测量复核，并记录放样数据备案。
3.2钢护筒下放
钢护筒下放时利用导向架控制护筒的垂直度，并提供分节对接时的作业平台和挂点。下放所用起重设备为75t履带吊，振动锤型号为ICE44B。为保证钢护筒的准确定位，钢护筒下沉前，利用全站仪进行定位，并对钢护筒的垂直度进行严格监控，钢护筒下沉时采用起重设备配合振动锤打入。
3.3钻机就位
就位前先将钢护简中心对中并用两互相垂直的细线标志出护筒中心，将钥匙开关打到电源档，将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，通过旋挖钻机的自动控制器，与护筒中心对中后将钻机就位，将桅杆调直进行直孔作业。
钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好，保证钻机工作正常。钻机就位后开钻前，经现场技术人员核实垂直度和桩位对中合格后报监理工程师认可后方可钻进。
通过显示器按钮进入主工作界面后开始钻孔作业。钻孔时先将钻斗着地，通过显示器上的清零按钮进行清零操作，记录钻机钻头的原始位置，此时显示器显示当前位置的条形柱和数字，短条形柱显示当前钻头的钻孔深度，长条形柱动态显示钻头的运动位置，孔深的数字显示此孔的总深度。操作人员通过显示器监测钻孔的实际工作位置、进尺位置及孔深位置，循环操作钻孔作业。钻机进尺后提升钻杆，回转机身至后方位置卸渣，运输到指定地方倾倒，钻进过程需监视泥浆液面情况，缓慢提升钻头至孔口处时需待泥浆补充完全后再提出孔口，卸渣时观察并记录钻孔地质情况。
①开孔时，以钻斗自重作为钻进动力，一次进尺短条形柱显示 当前钻头的钻孔深度，长条形柱动态显示钻头的运动位置，孔深的数字显示此孔的总深度。
②当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出护简口，同时观察监视并记录钻孔地质状况；操作回转操作手柄使机器转到机身后方位置卸渣，挖机将渣土装入泥浆船或土方车。
③通过操作显示器上的自动回位对正按钮机器自动回到钻孔作业位置，或通过手动操作回转操作手柄使机器手动回到钻孔作业位置。此工作状态可通过显示器的主界面中的回位标识进行监视。
3.4 钻进参数及成孔注意事项
钻孔作业分班连续进行，并填写钻孔施工记录，交接班时必须交待钻进情况及下一班注意事项。钻进中应经常注意地层变化并在地层变化处捞取渣样，判明后记入记录表中并与地质剖面图核对，以验证桩基设计标准和判别终孔。
为了保证成孔的垂直度，开钻之前显示器显示钻杆的垂直时采用吊线法检查显示器数据的准确性，符合要求时方能开钻；每次提放钻杆时应严格检查钻杆的垂直度，确保成孔垂直度满足设计要求。
钻进过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。当旋挖斗钻头顺时针旋转钻进时，底板的切削板和筒体翻板的后边对齐。钻屑进入简体，装满一斗后，钻头逆时针旋转，底板由定位块定位并封死底部的开口，之后，提升钻头到地面卸土。开始钻进时采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%，以保证孔位不产生偏差。钻进护筒以下3m可以采用高速钻进，钻进速度与压力有关，采用钻头与钻杆自重摩擦加压，150MPa压力下，进尺速度为20cm/min；200MPa 压力下，进尺速度为30cm/min；260MPa压力下，进尺速度为50cm/min。
钻机钻孔时，应根据士层类别、钻孔速度及供浆量来确定相应的成孔速度，成孔速度应符合下列规定：
①钻进施工过程中一次钻进速度宜控制在50cm左右，采用少钻勤提方式，避免进尺过快造成塌孔埋钻事故。
②控制钻头升降速度，防止发生孔壁缩颈、坍塌事故。在钻进过程中要经常检查钻头通气孔，必须保证钻头通气孔的畅通无阻。钻头升降速度宜控制在0.75~0.80m/s；在粉细砂层，钻头升降速度宜小于0.6m/s；提下钻头进出泥浆液面时要平稳，尽量减少钻头对液面的抽吸和冲击。
③在硬士层中或在岩层中的成孔速度以钻机不发生剧烈跳动为准。
④成孔过程注意补充孔内的泥浆，防止浆面过低造成孔壁坍塌。
⑤钻孔过程中若发现斜孔、弯孔、缩颈、塌孔或沿护筒周围冒浆以及地面沉陷等情况，应停止钻孔，经采取有效措施后，方可继续施工。具体措施为：
当钻孔倾斜时，可往复钻、冲孔修正，如纠正无效，应在孔内回填粘土或风化岩块至偏孔上部1m，再重新钻孔：钻孔中如遇塌孔，应立即停钻，并回填粘土.待孔壁稳定后再钴。
3.5.终孔、清孔、提钻
成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、垂直度等进行检查，不合格时采取措施处理。使用验孔器及测绳进行量测，桩径允许偏差不得小于设计桩径，孔深不小于设计值，孔身倾斜度小于0.5%孔深，泥浆沉淀厚度不大于50mm。且应注意终孔深度是否与地质资料相符。
清孔是灌注桩施工中保证成桩质量的重要环节，通过清孔应尽可能的使桩孔中的沉渣全部清除，使混凝土与岩基结合完好，提高桩基的承载力。施工中发生桩底沉渣的主要原因及处理的措施如下：
①桩底的沉渣过多主要由于施工中违犯操作规定，清孔不干净或未进行二次清孔造成的；施工中应保证在成孔后，钻头提高孔底10-20cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于30分钟，然后将锤式抓斗慢慢放入孔底，抓出孔底的沉渣。
②钢筋笼吊放过程中，易发生碰撞孔壁的事故，孔壁的泥土会坍落在桩底；因此，钢筋笼吊放时，务使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。
③下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行二次清孔，使用方法是用空气升液排渣法或空吸泵反循环法。这种方法是用已有的空吸泵、空压机，在导管上备有承接管，它无需特殊设备，在任何施工方法中均可采用。
四、钢筋笼制安
钢筋笼的制安必须严格按照设计图纸进行，主筋、箍筋应焊接均匀，搭接长度及焊缝应符合规范要求，安装时应安装护块，以确保周正及保护层厚度，钢筋笼的制作偏差应符合设计及规范要求。
4.1钢筋笼制作前首先要检查钢材的质量保证资料，检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。
4.2主筋接头采用直螺纹连接，上下两节钢筋笼采用焊接。每一截面上接头数量不超过50%，单面焊时，焊缝长度大于10d，双面焊时，焊缝要大于5d，焊缝饱满，焊缝深度和宽度符合规范要求。
4.3为了确保桩混凝土保护层，钢筋笼需设置定位环。
4.4在钢筋笼吊放之前，应逐节验收钢筋笼的连接质量，对质量不符合规范要求的，必须整改。
4.5钢筋笼安装采用大吨位汽车起重机吊装钢筋笼，骨架入孔时应慢慢下放，严禁摆动碰撞孔壁。分节吊装时将第一节钢筋笼临时支撑于护筒口，再起吊第二节钢筋笼，使上下两节骨架位于同直线上进行焊接。焊接完成后通知监理工程师对连接段焊接质量进行检查，合格后方可将第二节钢筋笼下方。
4.6钢筋笼下放要过程中，应注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找原因。如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。
4.7成孔完成与钢筋笼下放以及混凝土浇筑的搭接应连续、合理安排。
五、混凝土浇筑
砼导管底端到孔底距离控制在0.5m左右，开始灌注前储料斗内储备的混凝土量应不少于3.0m3，以便将孔底沉渣挤出混凝土上表面。浇筑过程中应适时提升或拆卸导管，确保导管底端埋入混凝土面2m以上，灌注应连续进行。一旦发生机具故障或停电停水及导管堵塞或进水等事故时，应采取有效措施进行处理，以便尽快恢复灌注混凝土，同时做好记录。
5.1导管进水的解决方法
5.1.1为了避免进水，作业前要采取相应的预防措施，检查导管密封性及焊缝是否结实，核算初灌量，计算导管深度；
5.1.2如发生因首批混凝土储量不足或是储量足够，或导管口距孔底的间距较大，混凝土下落后不能埋设导管口，以致泥水从导管口涌入的情况，应立即将导管拔出，用空气吸泥机、水力吸泥机或抓吊清除，也可以用反循环钻机的吸泥泵吸出，或提起钢筋笼，采用复钻清除，然后重新灌注；
5.1.3如导管密封不严，接头处橡皮垫破裂，或是导管焊缝破裂引起的进水，应视具体情况，拔除导管，重新下管，但灌注前应将进入导管内的水和污泥抽出或取出，方可继续灌注混凝土，续灌的混凝土配合比应增加水泥量，提高稠度灌入导管内，灌入前将导管小幅度振动片刻，使原混凝土损失的流动性得以弥补，以后续灌可恢复正常配合比。
5.2卡管的预防和处理
5.2.1灌注前仔细检查检修灌注机械，并准备备用机械，发生故障时，立即调换机械，同时采取措施，加速混凝土灌注，必要时，可在首批混凝土中掺加缓凝剂，以延缓混凝土的初凝时间；
5.2.2当灌注时间已久，孔内的首批混凝土已初凝，导管内堵塞有混凝土时，将导管拔出，重安钻机，利用较小钻头将钢筋笼以内的混凝土吸出，用冲抓锥将骨架逐一拔出，然后用粘土掺砂砾填塞井孔，待沉实后重新钻孔成桩。
5.3成桩质量的控制
5.3.1为确保成桩质量，要严格控制商品砼的质量，确保强度、坍落度等批标满足设计及规范要求，按规范留设试块并进行养护，规定时间送检。
5.3.2为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象。在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，混凝土坍落茺采用18cm～22cm；
5.3.3随时了解混凝土面的标高和导管的埋人深度。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m～3m。不宜大于4m和小于0.8m，严禁把导管底端提出混凝土面；
5.3.4在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度要适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落，桩身夹泥，这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。
六、桩基质量检测
洛溪大桥主桥桩基在做好过程中质量控制的同时，对桩基施工过程中和桩基施工完成后，及时委托专业机构对桩基按50%的比例进行超声波检测，对50%桩基进行了低应变检测，对桩基总数量的10%进行抽芯检测，结果均满足设计及规范要求。
结束语
钻孔灌注桩的整个施工过程都是隐蔽工作，每道工序都必须从严要求，保证施工质量，任何一道工序出现问题都将带来严重的后果。因此，为保证洛溪大桥主桥桩基钻孔灌注桩的施工质量，我们选择了先进的设备，合格的施工人员，严格把握每道工序质量，现场指挥人员具有周密的组织协调能力，经过各部门全面配合，做到精益求精，保证了洛溪大桥主桥桩基的工程质量。
参考文献
[1]黄建勋，钻孔灌注桩的质量控制要点及方法 2015.6
[2]段浩，钻孔灌注桩施工质量控制 2017.2
[3]莫毅舟，浅谈钻孔灌注桩施工的质量控制 2016.7
论文作者:银英豪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/15
标签：钻孔论文; 泥浆论文; 导管论文; 钻机论文; 混凝土论文; 钻头论文; 钢筋论文; 《建筑学研究前沿》2018年第21期论文;